随着计算机、多媒体和数据通信技术的高速发展,数字图像技术近年来得到了极大的重视和长足的发展,并在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐、管理和通信等方面取得了广泛的应用。

　　同时,人们对计算机视频应用的要求也越来越高,从而使得高速、便捷、智能化的高性能数字图像处理设备成为未来视频设备的发展方向,这必然要求产生相适应的新理论、新方法和新算法。为了在利用这些新技术的过程中检验其可行性,研制了基于pci总线和dsp芯片的图像处理平台,该图像处理平台是利用philips公司的视频输入处理器saa7113、ti公司的tms320c32高速浮点dsp和amcc公司的s5933 pci总线接口芯片搭建的。利用高速的pci总线和功能强大的dsp芯片,可以进行视频压缩、图像检测、视觉定位等算法研究。

　　1 系统功能概述

　　根据实际应用需要,该系统的主要功能有:

　　(1)可以在不同输入制式pal和ntsc之间进行自动切换和处理。

　　(2)能利用采集到的yuv图像信号数据进行压缩算法的验证,或转换成灰度图像数据、rgb格式图像数据等进行检测、定位等算法的检验。

　　(3)能将处理后的数据通过pci接口交给上层系统(pc机)保存或进行进一步验证处理。

　　(4)系统具有软件修改、升级功能和灵活性,便于算法的改进验证。

　　系统的设计难点主要是如何实现系统数据的高速传输。图像数据由专用集成视频解码器saa7113采集,经a/d转换处理后传输到dsp;再经dsp处理后通过pci接口传输到pc机。如何实现saa7113与dsp之间和dsp与s5933之间的高效率数据通信是解决这个问题的关键。通　　
　　2 系统的硬件设计

　　整个系统由视频解码器、dsp和pci总线专用芯片组成。dsp芯片采用tms320c32,该芯片是在tms320c30的基础上简化而来的,含有tms320c30 cpu核心。它增加了一些常用的功能部件,使程序引导功能、串行接口传输和存储器均可支持8、16、32位的数据。它可产生边沿中断和电平中断,可由用户编程设定中断向量表的地址,具有空等待和低功耗两种电源管理方式。它具有两个dma通道,功能强大的外部存储器接口既可以满足视频解码接口8位数据的要求,也可以实现pci接口32位数据的的高速数据传输。tms320c32灵活的程序加载可以实现在系统编程。

　　pci总线专用接口芯片采用s5933,它是一种功能强且使用灵活的pci总线控制器专用芯片,该芯片符合pci局部总线规范2.1版本,既可作为pci总线目标设备,实现基本的传送要求;也可作为pci总线主控设备,访问其它pci总线设备。s5933的峰值传送速率为132mbps(32位pci数据线)。s5933提供了3个物理总线接口:pci总线接口、外加总线接口(add-on bus);可选的nv存储器接口。用户可根据需要设计s5933与外加总线接口相连接的逻辑电路和配置空间的初始化,而不必考虑pci总线规范众多的协议,从而将复杂的pci总线接口关系转化为简单的8/16/32位外加总线(add-on bus)接口关系。

　　pci总线与外加总线之间的数据传输可以通过内部先入先出存储器(fifo)、邮箱寄存器(mailbox)和数据直传通道(pass-thru)三种通道进行。各通道都包括两组寄存器以分别完成pci总线和add-on总线接口双向数据传输,为使用者提供较为宽松而灵活的设计空间。

　　可编程视频解码芯片采用saa7113,该芯片是可编程视频处理芯片,采用cmos工艺。通过简单的i2c总线可以对其实现编程控制;内部包含两路模拟处理通道,能实现视频源的选择、抗混叠(去假频)滤波、模/数变换、自动嵌位、自动增益控制、时钟产生、多制式(pal bghi、pal m、pal n、ntsc m和ntsc n)解码及亮度、对比度和饱和度控制。

本系统采用软件模拟i2c总线的控制方式,通过dsp的多功能口实现dsp对saa7113的初始化等控制;根据saa7113输出的同步脉冲,通过使用可编程器件cpld,产生图像帧存储器的地址信号、读写信号以及帧切换等控制信号,实现saa7113和dsp之间的高速数据通讯。

3 dsp与saa7113之间的无缝连接

　　saa7113输出的是隔行视频信号,一帧图像需要传送两次,分别记为奇场图像和偶场图像;视频处理的对象是逐行排列的图像信号,因此必须等待一帧图像(连续的奇、偶两场信号)采集完后,合成到一个图像帧中才能进行后续处理。利用saa7113的同步信号,使用可编程逻辑器件cpld构建控制器,可将图像数据写入帧存储器,解决图像帧合成问题。为了向前端处理器(dsp)提供连续的图像信号,采用两个图像帧存储器a和b交替存储的方式,来暂存采集到的图像数据和需要处理的图像数据,可实现图像的实时连续采集处理。

　　dsp与saa7113之间的硬件接口如图3所示,整个接口的控制逻辑,包括两个子模块:帧图像写入控制器和乒乓开关,由一块cpld来完成。cpld芯片采用altera公司的epm9320rc208。两组帧存储器a和b采用cypress公司生产的两块cy7c1049芯片,容量为512k×8bit,存取时间不超过15ns,能满足图像实时采集要求。

　　saa7113由数字视频输出口vpo[7:0?]